二維球腔電極、制備方法及其在痕量鉛離子檢測(cè)中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料及其檢測(cè)分析領(lǐng)域，特別是涉及一種二維球腔電極、制備方法及其在痕量鉛離子檢測(cè)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)時(shí)代的發(fā)展，環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，而重金屬離子污染是其中一個(gè)重要方面，已對(duì)人類生存環(huán)境造成了極大的威脅。
[0003]鉛作為一種灰白色、質(zhì)軟的重金屬，是環(huán)境監(jiān)測(cè)中的“五毒元素”之一，對(duì)人類健康和環(huán)境有嚴(yán)重的危害。鉛以無(wú)機(jī)物或粉塵形式被吸入人體或通過(guò)水、食物經(jīng)消化道侵入人體后，損害人體的消化、神經(jīng)及造血等系統(tǒng)，目前鉛酸電池的普遍使用或其他用鉛的電子和機(jī)械工廠的快速發(fā)展，加速了人們對(duì)鉛礦的開采和利用，由此也引發(fā)了若干次血鉛事件，為了避免鉛離子污染而造成的生態(tài)和生活環(huán)境破壞，加強(qiáng)對(duì)鉛離子的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)受到了人們的重視。
[0004]現(xiàn)今報(bào)道的微量鉛的檢測(cè)方法有雙硫腙分光光度法、極譜法、X射線熒光光譜法(XRF)、火焰原子吸收分光光度法(FAAS)、石墨爐原子吸收分光光度法(GFAAS)、電感耦合等離子體法(ICP)等。這些方法對(duì)儀器的要求高，分析成本較高，且復(fù)雜的樣品前處理過(guò)程不適宜高通量的、實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)篩查技術(shù)。
[0005]因此急需開發(fā)一種新的微量鉛的檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于此，本發(fā)明的目的是提供一種可用于檢測(cè)痕量鉛離子的二維球腔電極的制備方法。
[0007]具體的技術(shù)方案如下:
[0008]—種二維球腔電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0009](I)普通玻璃預(yù)處理
[0010]采用磁控濺射方法在普通玻璃表面濺射一層均勻的金膜，再將其浸泡在異丙醇的氫氧化鈉溶液中0.1-1.0h，然后洗凈備用；
[0011](2)聚苯乙烯模板的制備
[0012]在步驟(I)預(yù)處理后的玻璃上平鋪一層聚苯乙烯微球，室溫下晾干，然后在103-110°C下加熱30-45min，即在所述金膜上形成單層的聚苯乙稀模板；
[0013](3)電化學(xué)沉積
[0014]米用多電流階躍法在聚苯乙稀球間沉積金，其中電解液是由10_14g/L的HAuCl4,4-6g/L 的 C1QH14N20sNa2.2H20，150_170g/L 的 Na2SO3, 28_32g/L 的 K2HPO4以及水組成，Pt 作為輔助電極，SCE作為參比電極，
[0015]電沉積參數(shù)設(shè)置為:第一次為單電流階躍18-22mA，95-105ms，長(zhǎng)晶種；然后為
4.5-5.5mA，45-55ms的300-400次電流階躍，每次間歇時(shí)間l_3s ；
[0016](4)將步驟(3)電化學(xué)沉積后得到的電極浸泡在甲苯中除去聚苯乙烯模板，即得所述二維球腔電極。
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(3)中還包括如下步驟:
[0018]采用電化學(xué)沉積在金粒子表面再沉積一層二氧化硅，其中電解液為體積比0.1?I:10?30:5?30:0.I?I的四乙氧基娃燒:無(wú)水乙醇:0.lmol/L的KNO3:0.lmol/L的HCL ;沉積電位為-lOOO-lOOOmv，時(shí)間為 140_160s。
[0019]在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟(I)中，所述金膜的厚度為10-100nm。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟(2)中，所述聚苯乙烯模板的厚度為1000-1600nm。
[0021]本發(fā)明的另一目的是提供一種二維球腔電極。
[0022]具體的技術(shù)方案如下:
[0023]上述制備方法制備得到二維球腔電極。
[0024]本發(fā)明的另一目的是提供上述二維球腔電極的應(yīng)用。
[0025]具體的技術(shù)方案如下:
[0026]上述二維球腔電極在痕量鉛離子檢測(cè)中的應(yīng)用。
[0027]本發(fā)明的有益效果如下:
[0028]電化學(xué)檢測(cè)方法具有檢測(cè)靈敏度高、動(dòng)力學(xué)響應(yīng)范圍寬、選擇性好、儀器裝置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)污染現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境樣品中鉛離子的快速定量檢測(cè)提供了可行的技術(shù)手段。
[0029]微納米電極陣列由于其具有許多不同于常規(guī)電極的優(yōu)良電化學(xué)特征，例如高傳質(zhì)速率、高電流密度、高信噪比等，一直是電化學(xué)和分析化學(xué)的前沿領(lǐng)域，并在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。微納米陣列電極是有多個(gè)微納米電極并聯(lián)組成，采用微電極陣列，既可以保持單個(gè)微電極優(yōu)異性能的同時(shí)，通過(guò)并聯(lián)的電極放大檢測(cè)信號(hào)，又可以通過(guò)傳感器的冗余來(lái)提高總的測(cè)量的可靠性。單個(gè)微納米電極通常應(yīng)是微納米材料或具有微、納米結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它們提供了一種微米或納米尺度的空間，使反應(yīng)受限于該微納米空間范圍內(nèi)，通過(guò)控制微納米反應(yīng)器的尺寸、材質(zhì)和其它因素可以獲得具有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的產(chǎn)物。常見的微納米電極陣列的制備方法有自組裝法、刻蝕法和模板法等。其中，利用規(guī)則有序的模板進(jìn)行固體表面微/納結(jié)構(gòu)加工制造是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的重要方法之一。以有序自組裝的微/納米粒子為模板，通過(guò)“自上而下”的化學(xué)制備方便構(gòu)筑固體表面有序微/納結(jié)構(gòu)在表面微/納結(jié)構(gòu)加工中已顯出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
[0030]本專利采用電化學(xué)沉積的方法在聚苯乙烯陣列間電沉積納米金，然后在金的表面電沉積二氧化硅，最后將聚苯乙烯模板去除，制備了有序的微電極陣列(第一類二維球腔電極)；利用微電極陣列分別對(duì)水體中的痕量鉛進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，二氧化硅修飾的二維金球腔電極對(duì)水體中的痕量鉛具有很好的檢測(cè)極限和抗干擾能力，有望應(yīng)用于環(huán)境的痕量的鉛進(jìn)行實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ] 圖1為裸金膜電極A的SEM圖；
[0032]圖2為粒徑為1600nm的聚苯乙烯微球修飾的濺射金后玻璃的SEM圖；
[0033]圖3為二維金球腔電極B的SEM圖；
[0034]圖4為二氧化硅修飾的二維金球腔電極C的SEM圖；
[0035]圖5為裸金膜電極A⑷、二維金球腔電極B⑶和二氧化硅修飾的二維金球腔電極C的XRD圖；
[0036]圖6為粒徑為1600nm的聚苯乙烯微球修飾的ITO玻璃的SEM圖；
[0037]圖7為二氧化硅球腔電極的SEM圖；
[0038]圖8為不同條件下的二氧化硅球腔電極的SEM圖；
[0039]圖9為二氧化硅球腔電極在電沉積金后的SEM圖；
[0040]圖10為球腔電極E的SEM圖；
[0041]圖11為不同煅燒溫度下得到的金粒子修飾的球腔電極的SEM圖；
[0042]圖12為電沉積/ 二氧化硅修飾ITO電極在700°C煅燒前后的XRD圖；
[0043]圖13為利用裸金膜電極A對(duì)Pb (II)的檢測(cè)性能圖；
[0044]圖14為利用二維金球腔電極B對(duì)Pb (II)的檢測(cè)性能圖；
[0045]圖15為二氧化硅修飾的二維金球腔電極C對(duì)Pb (II)的檢測(cè)性能圖；
[0046]圖16為二氧化硅修飾的二維金球腔電極C在緩沖液體系中有無(wú)Pb(II)時(shí)的循環(huán)伏安曲線；
[0047]圖17為金納米粒子修飾的二氧化硅球腔電極D對(duì)Pb (II)的檢測(cè)性能圖；
[0048]圖18為單晶態(tài)金納米粒子修飾的二氧化硅球腔電極E對(duì)Pb (II)的檢測(cè)性能圖；
[0049]圖19為二氧化硅修飾的二維金球腔電極